Розрахунок вертикального ланцюгового елеватора
СОДЕРЖАНИЕ: Визначення погонної місткості ковшів, опору руху і натягу ланцюгів елеватора для транспортування пшениці. Розрахунок приводу транспортера й ланцюгової передачі. Уточнюючий розрахунок осі і валу. Вибір підшипників, шпонок, муфти. Опис роботи транспортера.Розрахунок вертикального ланцюгового елеватора
Вступ
Розрахувати вертикальний ковшовий ланцюговий елеватор для транспортування пшениці в = 7,2 кН/мі, продуктивністю П = 176,6 кН/год. Швидкість транспортування складає = 1,3 м/с, висота, на яку подається вантаж Н = 13 м, максимальний розмір рядового вантажу а = 77,7 мм.
1. Розрахунок основних параметрів тягового органу (ланцюг, ковш) і вибір електродвигуна
Вибір деяких основних параметрів. Для транспортування пшениці приймаємо ланцюговий елеватор із зімкненими ковшами. Скориставшись рекомендаціями табл. 4,1 (1), приймаємо ковш типу Г (глибокий), коефіцієнт заповнення ковшів складатиме = 0,75.
Визначення погонної місткості ковшів . ф.4.13 (1).
ік/tк = П/3,6·· в·;
ік/tк = 176,6/3,6· 1,3· 7,2· 0,75 = 6,98 л/м.
За табл. 4,2 (1) для ік/tк = 8 л/м вибираємо ківш глибокий шириною Вк = 320 мм, крок ковшів tк = 0,5 м, виліт ковша lк = 175 мм, ік/tк = 8 л/м.
Вибраний ківш перевіряється на кусковатість ф. 4,14 (1).
lк х · а ;
lк 2,25 · 77,7 ;
lк = 175 2,25 · 77,7 ;
lк = 175 174,8 , умова виконується.
Для вибраних ковшів уточнимо швидкість транспортування ф. 4,15.
= [( · ік/ tк)розр.] / (ік/tк)ГОСТ ;
= [(1,3· 6,98) розр.] / (8) ГОСТ = 1,13 м/с.
Визначення погонних навантажень. Силу тяжіння вантажу на 1 пог.м. ходової частини елеватора визначено за формулою
qв = П/3,6· ;
= 176,6 / 3,6 · 1,13 = 43,49 Н/м.
Погонне навантаження від елементів, що рухаються (ланцюги та ковші) ф. 4,20. (1).
q = qл · Zл + qк ;
q = 36,6 · 1 + 494 = 530,6 Н/м,
де qл – погонне навантаження відланцюгів, Н/м,
Zл – вибирають по таблиці 3,1 (1),
- погонне навантаження від ковшів.
qк = Gк / tк ;
qк = 247/0,5 = 494 Н/м,
де Gк – вага ковша, вибирається за табл. 4,2. (1) Gк = 247 Н, або розраховують за ф. 4,22. (1).
tк - крок ковшів, м.
Для визначення погонних навантажень від ланцюгів скористаємося ф. 4,16…4,19. (1).
Наближене значення потужності елеватора
Р нр = ПН ( 1,15 + К/) / 3670;
Р нр = 176,6 · 13 (1,15 + 0,55/0,75) / 3670 = 0,45 кВт,
де К – коефіцієнт продуктивності, табл. 4,3. (1) К = 0,55.
П = 176,6 кН/год розрахункова продуктивність;
= 7,2 кН/мі - об’ємна маса вантажу.
Окружна сила на зірочках, Н.
Ft = 1000 · Р нр / ;
Ft = 1000 · 0,45 / 1,13 = 398,23 Н.
Найбільше умовне навантаження.
Fmax = Ft + 2000;
max = 398,23 + 2000 = 2398,2 Н.
Руйнуюче навантаження.
Fр = Fmax · S / Zл ;
Fр = 2398,2 · 9/ 1 = 21583,8 Н,
де S = 9, запас міцності ланцюгів;
Zл = 1 кількість ланцюгів, при Вк 320 мм, приймають один тяговий ланцюг.
По руйнуючому навантаженні вибираємо ланцюг М 20, для якого Fр = 20 кН, типу 1 Dt = 40 мм.
Скориставшись 8. табл. ХС, знаходимо qл = 36,6 Н/м:
При виконанні навчальних проектів можна скористатися 7. ф. 8,7 (1) для визначення погонного навантаження ковшів разом з ланцюгами.
q = К · П ;
q = 0,8 · 176,6 = 141,28 Н/м, де К = 1,08 коєфіцієнт пропорціональності.
П = 176,6 кН/год – розрахункова продуктивність.
Визначення опору руху і натягу ланцюгів. Поділимо трасу на характерні ділянки, починаючи з точки 1 приводного валу до точки 4.
Приймаємо коефіцієнт опору при огинанні зірочок К = 1,08 с 84 (1).
Тяговий розрахунок необхідно розпочати з точки найменшого натягу. Для заданої траси елеватора найменший натяг буде в точці 2.
Величину його визначимо ф. 4,25 (1).
Fн = 8000 · bк + 40 · Н;
Fн = 8000 · 0,32 + 40 · 13 = 2560 + 520 = 3080 Н,
де bк – ширина ковша bк = 0,32 м, Н = 13 м, висота на яку піднімається вантаж.
Натяг у точці 2:
F = Fmin = Fн / 2;
F = 3080 / 2 = 1540 Н.
F = F · К + W ;
F = 1540 · 1,05 + 103,2 = 1720,2 Н.
W - сила опору при зачерпуванні вантажу ф. 4,23. (1).
F = F + W = F + (qв + q) · Н;
F = 1720,2 + (43,48 + 530,6)· 13 = 918,37 Н.
Натяг у точці 1.
F = F - W = F - (-qН) = F + qН;
F = 1540 + 530,6 · 13 = 8437,8 Н.
Визначення окружної сили на приводних зірочках ф. 3,41. (1).
Ft = Fнб – Fзб + Wпр = F - F + (F + F)(К-1);
Ft = 9183,37 – 8437,8 + (9183,37 + 8437,8)(1,05 – 1) = 833,67 Н = 0,83 кН.
Визначення потужності електродвигуна , ф.3,42 (1).
Р = Ft / 1000 · ;
Р = 833,67 · 1,13 / 1000 · 0,75 = 942,04 / 750 =1,25 кВт,
де = 0,75 с. 18 (1).
По розрахованій потужності вибираємо електродвигун (1 том 3. табл.. 2,4) або (табл. 2Д) 4А80В4У3 Рд = 1,5 кВт nд = 1415 хвЇ№.
2. Розрахунок приводу транспортера
Загальне передаточне відношення приводу:
Попередньо приймаємо стандартний двоступінчатий редуктор з передаточним відношенням Uред = 16, тоді передаточне відношення ланцюгової передачі:
Визначаємо частоту обертання, кутову швидкість, потужність та крутні моменти на кожному з валів.
Вал 1. n1 = nдв = 1415 об/хв;
елеватор транспортер ківш ланцюг
;
P1 = Pтр = 510 Вт;
.
Вал 2. n2 = n1 = 1415 об/хв;
W2 = W1 = 148,1 с-1;
P2 = P1 Ч муф = 510 Ч 0,98 = 500 Вт;
.
Вал 3. 
об/хв;
;
P3 = P2 Ч ред = 500 Ч 0,94 = 470 Вт;
.
Вал 4. 
об/хв;
;
P4 = P3 Ч цеп = 470 Ч 0,93 = 437 Вт;
.
Остаточно приймаємо черв’ячний одноступінчатий обдуваймий редуктор Ч-160-16+-52-1-1ВУ2, для нього максимальний крутний момент на тихоходному валу (вал 3):
Tmax = 250 HЧм T3 = 50,81 HЧм.
Орієнтовний розрахунок вала 4.
Згідно з [2] стор. 296 попередньо оцінюємо діаметр валу нижньої головки при занижених граничних напруженнях при крученні.
, де
[] = 25 мПа – для транспортерних валів.
3. Розрахунок ланцюгової передачі
Згідно з [2] стор. 286 приймаємо z1 = 24, тоді
z2 = z1Ч Uцеп = 24 Ч 3,1 = 74
Згідно з [2] формула 13.26 визначаємо розрахункову потужність:
, де
, за [2] стор. 287 – коефіцієнт експлуатації.
Згідно з [2] табл. 13.2 встановлюємо значення коефіцієнтів:
kд = 1 – коеф. динамічного навантаження;
kа = 1,25 – коеф. міжосьової відстані;
kреж = 1,45 – коеф. режиму;
kрег = 1– коеф. способу регулювання натягнення ланцюга;
kс = 0,8 – коеф. змащення;
kн = 1,0 – коеф. нахилу передачі до горизонту.
Коефіцієнт кількості зубців:
Коефіцієнт частоти обертання:
При цьому Рр = 470 Ч 1,2 Ч 1,45 Ч 1 = 817,8 Вт.
Згідно з [2] табл. 13.4 для прийнятих h01 = 50 об/хв та Рр = 817,8 Вт приймаємо ланцюг з кроком Рц = 15,875мм, для якого
[Рр] = 0,75 кВт 
Рр = 0,81 кВт.
Згідно з [2] формула 13.2 швидкість дорівнює:
Згідно з [2] табл. 13.3 призначаємо густе внутрішньошарнірне мастило.
Кількість зубців ланцюга за [2] формула 13.6:
,
де а = 635 мм – попередньо прийнята між осьова відстань.
Округлюючи до найближчого парного значення приймаємо Lp = 131.
Діаметр зірочки згідно з [2] формула 13.8:
Колова сила 
4. Уточнений розрахунок валу
Визначаємо сили, які діють на вал.
У площині ZOX:
Перевірка:
У площині YOX:
Перевірка:
Матеріал валу – сталь 45, покращення В = 750 МПа, т = 450 МПа.
За [2], стор. 300, формула 15.7:
1 = 0,4 Ч В =0,4 Ч 750 = 300 МПа
1 = 0,2 Ч В = 0,2 Ч 750 = 150 МПа
Розраховуємо небезпечний перетин І-І, послаблений шпонковим пазом К = 1,7; К = 1,4.
Згинаючий момент в небезпечному перетині:
Крутний момент:
Напруження згинання:
Напруження кручення:
Згідно з [2] за графіком на мал. 15.5, стор. 301: kd = 0,84.
Згідно з [2] за графіком на мал. 15.6, стор. 301: kf = 0,92.
За [2] по формулам 15.4, стор. 299:
Запас опору втомі по згину:
Запас опору втомлюваності по крученню:
За [2] по формулі 15.3, стор. 299 запас опору втомі:
Умова міцності виконується.
5. Уточнений розрахунок осі
Визначаємо сили, що діють на вісь:
Визначаємо реакції опор:
Розраховуємо небезпечний перетин І-І (ІІ-ІІ), який послаблений шпонковим пазом K = 1,7; К = 1,4.
Матеріал вала – сталь 45, покращення:
В = 750 МПа; Т = 450 МПа; 1 = 300 Мпа.
Напрям згину:
За [2] графік рис. 15.5, стор. 301 kd = 0,84
За [2] рис. 15.6, стор. 301 kf = 0,92
За [2] стор. 299 за формулами 15,4 запас опору втомі:
Умова міцності виконується.
6. Вибір підшипників
Обираємо сферичні дворядні шарико-підшипники середньої сеії 1306 за ГОСТ 5720-90, для яких d = 30мм; D = 72 мм; В = 19 мм.
7. Вибір шпонок
За ГОСТ 23360-78 проводимо вибір шпонок при
db = 30 мм; b = 8 мм; h = 7 мм; l = 54мм – 2 шпонки;
при db = 22 мм; b = 7 мм; h = 7 мм; l = 42 мм.
За [2] стор. 88 формула 6.1:
Умова міцності виконується.
8. Вибір муфти
Для передачі крутного моменту від електродвигуна до редуктора обираємо пружну втулково-пальцеву муфту МУВП-16-22-11-43 за ГОСТ 21424-75.
9. Опис роботи транспортера
Для піднімання насипних вантажів на висоту до 70 м застосовують ковшові елеватори. Ковшовий елеватор складається з нескінченного гнучкого органу , до якого прикріплюються ковші, які є робочими елементами. Тяговий орган огинає приводний та натяжний барабани (зірочки), які розміщені у металевому кожусі. Верхню частину елеватора звуть головкою, нижню - башмаком. Головка і башмак з’єднані між собою металевими секціями, або розподільними трубами. Сипучий вантаж попадає у башмак через одну із завантажувальних ланок. Проходячи приводний барабан (зірочку), ковші розвантажуються. Для збезпечення необхідного натягу тягового органа та запобігання просипанню вантажу з ковшів, в елеваторах застосовують натяжний пристрій, а для обертання приводного барабана (зірочку) в одному напрямку – зупинники.
У с/г ковшові елеватори застосовують: на зерноочисних токах, на крупорушках, на компінованих заводах тощо. Вони часто входять до складу механізмів с/г машин.
Література
1. Механізація транспортуючих та вантажопідйомних робіт. М.В. Любін, П.С. Берник.1997 р.
2. Иванов М.Н. Детали машин, М.: 1991.
3. Справочник конструктора .Анурьев. 1,2,3 том.
4. Иванченко Ф.К. Расчёты грузоподъёмных и транспортирующих машин, К.: 1978.
5. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. Кузьмин, Ф.Л. Марон. 1983 г.